用TRIZ理论解决汽车燃油利用率问题论文原稿

1、TRIZ理论解决汽车燃油利用率问题摘要：汽车的燃油经济性，是指以最小的燃油消耗量完成单位运输工作量的能力。燃油消耗已占运输成本的40%左右，所以节约用油是降低运输成本的重要措施之一。汽车燃油经济性的评价指标主要又以下三种。1、单位行驶里程的燃油消耗量2、单位运输工作量的燃油消耗量3、消耗单位燃油所行驶的里程而最重要的就是如何提高汽车燃油的利用率问题，而TRIZ理论正是解决这一问题的最佳途径。关键词： 汽车 油耗 利用率 经济正文：一、问题描述：1.汽车燃油利用率是指在保证汽车动力性的基础上，以尽可能少的燃油所产生的功率。2.从热力学角度来看，卡若循环是热机效率最高的理想状态，任何热机实际循环效

2、率将低于卡若循环的热机，热机可以认为是在两个不同温度的热源之间做功的机械。一个热源，一个冷源，如汽油机，是靠汽油燃烧后造成的热源和大气这个冷源来工作的。卡若循环的效率和热源温度和冷源温度大小有关，因为不可能无限提高热源温度和无限降低冷源温度，因为有大气这个环境温度是不能被改变和材料的性能限制，所以卡若循环的效率将很难超过60%，而任何热机实际效率都小于卡若循环，且考虑其他摩擦等因素，实际热机约为40%。3.据调差统计，在中国，平均每5户人家就有一户拥有私家车，而由于燃油不充分而造成了更大程度的大气污染，截止到2012年，大气污染重尾气污染的比重已经达到了80%。4.燃油添加剂，是为了弥补燃油在

3、某些性质上的缺陷并赋予燃油一些新的优良特性，在燃油中要加入的功能性物质。其添加量以微量为特征，从百万分之几到百分之几。然而大部分市民表示燃油添加剂并不省油。5.轮胎作为汽车的关键承载部件之一,承受车辆负荷、向路面传递驱动力和制动力等作用。因此,轮胎也能影响汽车的燃油经济性、操纵性和安全性。胎面上的花纹是轮胎与路面直接接触的唯一部位,从表面上看起来,它的形状、排布不过是简单的直线与弧线的组合,事实上这里边蕴藏着轮胎科技的精华,直接影响着轮胎的抓地力和胎噪、滚动阻力等性能。 6.不同类型花纹的轮胎的燃油消耗率不同,折线花纹轮胎比一般花纹要省油。节油轮胎可省油。节油轮胎比起同规格产品来说,在负载不变

4、的情况下滚动阻力值平均降低21%至24%。由于每减少3%-5%的滚动阻力就能节约1%的燃油消耗,因此,如果一部车使用四条节油轮胎,平均可降低约5%的汽车燃油量。7.数据显示,车重与油耗的关系成正比,据说车重每下降10%,油耗也会相应下降若干个百分点。这也是日系车省油的一大原因。 8.说到发动机与油耗的关系,有的人往往把油耗的大小与发动机的排量联系在一起,认为大排量的发动机的油耗会大于小排量的发动机。实事不尽然,大车和小车相比油耗相对较大主要是整车质量上的问题而不是发动机的原因，发动机的工作过程中影响油耗的两个最根本因素是空燃比和发动机负荷,这两个值都有一个理论上的最佳值,在实际工作过程中,空燃

5、比和发动机负荷的实际值越接近理论值,汽车就越省油。发动机在负荷为90%、空燃比为1.05:1时燃烧效率最高。 9.由于现代汽车速度的增高,汽车的造型对燃油经济性也有重要影响,车速越快影响越大,这就是人们常说的“风阻”。减小空气阻力主要是通过减少汽车的迎风面积和空气阻力系数来实现,一般而言迎风面积取决于汽车的体积,空气阻力取决于车身造型。为此,汽车车身紧凑化和流线型是提高燃油经济性的途径。目前许多轿车的空气阻力系数在0.28-0.3左右,对减少燃油消耗起到很大作用。很多人认为风阻只是一个微小的技术参数,但是在实际使用中它与耗油之间的关系非常大。一般来说,车辆高速行驶中,最大的阻力就来自空气。因此

6、风阻系数哪怕是0.01的降低油耗也会带来很大的不同。汽车作为人类最重要的一项发明，迄今为止已经被广泛应用，但一直以来汽车都是靠燃油来驱动行驶，这不仅造成了严重的环境污染而且造成了地球上补课再生能源的二级大消耗。于是解决汽车燃油利用率问题就成了急待解决的问题。而汽车燃油的利用率和以下几个因素有关：1、发动机与油耗的关系；2、轮胎与油耗的关系；3、车重与油耗的关系；4、汽车传动系和燃油的关系；5、风阻系数对燃油的影响。首先让我们谈谈发动机与油耗的关系，大部分人往往会把油耗的大小与发动机的排量在一起，认为大的排量发动机的油耗会更大些，其实不然，大车和小车相比油耗较高的原因是车的整体质量较大的原因，发

7、动机的哇高洪波工作过程中影响油耗的两个最重要的原因是空燃比和发动机的负荷，往往这两个值都有理论上的一个最佳值，在实际工作过程中，空燃比和发动机负荷的实际值越接近理论值，汽车对于燃油的利用率就越高，一般发动机负荷为90%、空燃比为1.25:1是燃烧效率最高。其次就是汽车传动系对汽车燃油你经济性的重要影响，变速器的档位越多，不但使汽车换挡平顺，而且使发动机增加了处于经济工况下运行的机会。二、解决思路和关键步骤：1.发动机的热效率越高燃油利用率越高，也就越省油。而发动机的热效率随压缩比的增加而增加，现在轿车汽油发动机压缩比一般在9.3-10.5之间。同时，还采用配气系统可变装置（可变气门升程、可变凸

8、轮轴转角、可变进气管长度等）和稀燃技术，来达到节油目的。采用了先进的全铝合金引擎，在起动开车时，全铝合金发动机升温快，热车时间短；节省了热车过长所产生的油耗.2.世界上许多大汽车生产企业都积极发展和推广柴油机，将汽车汽油发动机改为柴油发动机比较容易实现进一步节省燃油的目的。发动机的功率和负荷率对燃油经济性有很大的影响。一般发动机气缸排量决定于输出功率，根据使用者的实际需要合理选择汽车排量，在汽车行驶中经常保持较高的功率利用率，对提高汽车的燃油经济性很有意义。3.变速器档位越多，不但汽车换档平顺，而且使发动机增加了处于经济工况下运行的机会，有利于提高燃油经济性。因此现代汽车都趋向于5档或以上变速

9、器，或者采用无极变速，保证在任何条件下具有使发动机在最经济工况下工作的可能性，但变速过于频繁会对热效率产生影响。有汽车专业人士提出了自己的几个观点：首先，车主平时要注意保养车辆；其次是在行驶的过程中，尽量均速行驶；三是在行驶过程中，不要一脚油门一脚刹车，因为这样更耗油。4.汽车贴膜可节油，是因为汽车膜具有隔热功能，可以阻隔红外线、紫外线的辐射，有效地控制住密封式车厢所形成的温室效应，大大降低汽车空调的油耗，从而达到节能省油的效果。贝卡尔特特殊镀膜公司曾经做过一个试验，在车况基本相同的两台车上添加相同标号、相同容量的汽油，按大致相同的路线及速度行驶24个小时，结果发现，经过贴膜的车节油接近3升。

10、5.目前国内的轿车发动机都是高速汽油发动机,发动机的热效率越高燃油利用率越高,也就越省油。而发动机的热效率随压缩比的增加而增加,现在轿车汽油发动机压缩比一般在9.3-10.5之间。同时,还采用配气系统可变装置(可变气门升程、可变凸轮轴转角、可变进气管长度等)和稀燃技术,来达到节油目的6.空燃比控制系统由电子控制单元 ECU (Electronic Control Unit )、传感器及信号处理电路、执行器及驱动电路 3部分组成。传感器部分包括氧传感器、冷却水温传感器,并从与分电器断电器相连接的接线柱上取得转速信号。加热型氧传感器安装在三元催化转换器的前面,这种氧传感器在汽车启动后能够迅速达到工

11、作温度。执行部分为电磁补气阀,补气阀进气端接在空气滤清器下,出气端接在化油器节气门后,是1种一定频率的占空比阀,阀开和关由占空比决定,占空比大,阀的开启时间就长,补气量就多;反之则少。因此调节占空比就可以调节补气量。 分析：无论应用哪种方法都会产生冲突，现将技术冲突标准化 并应用冲突矩阵确定可用的发明原理，通过这些发明原理去发现消除冲突的基本思路 。冲突的一方是加快汽车的行驶速度，以保证节约司机的时间，另一方是速度的变化对热效率产生影响。这技术冲突可用39个 标准工程参数中的第11及第31个参数描述。NO.15运动物体作用时间：物体完成规定动作的时间及服务期。两次误动作之间的时间也是作用时间的

12、一种度量。NO.31物体产生的有害因素：有害因素将降低物体或系统的效率或完成功能的质量，这些有害因素是由物体或系统操作的一部分产生的。三、解决方案发明原理序号与名称，消除技术冲突的方法建议：惰性环境汽车行驶过程中燃油率的耗损一部分由于速度掌握不当，如果有可是使速度的变化快慢处于惰性环境的装置，可以大大降低变速的燃油消耗，变有害为有益增加无级变速车的使用，当汽车完全加速后，可以保证燃油充分，未达到或超过的作用积极发展和推广柴油机，使汽车尽快达到响应速度。紧急行动，加快而不是减慢汽车的行驶速度，当其速度达到一定程度后对燃油的利用率充分提高。石油主要被用作燃油和汽油，燃料油和汽油组成目前世界上最重要

13、的一次能源之一。石油也是许多化学工业产品如溶剂、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。 其中开采的石油88%被用作燃料，其它的12%作为化工业的原料。由于石油是一种不可再生原料，许多人担心石油用尽会对人类带来的后果。 TRIZ意译为发明问题的解决理论。TRIZ理论成功地揭示了创造发明的内在规律和原理，着力于澄清和强调系统中存在的矛盾，其目标是完全解决矛盾，获得最终的理想解。它不是采取折衷或者妥协的做法，而且它是基于技术的发展演化规律研究整个设计与开发过程， 而不再是随机的行为；实践证明，运用TRIZ理论，可大大加快人们创造发明的进程而且能得到高质量的创新产品。所以本文采用TRIZ理论来提高燃油利用率，达

14、到节省能源与减少人类破坏自然的速度的目的。在现今社会，燃油通指通过燃烧燃油而获得能量的机器，其中以汽车为主要消耗方向，所以本文以小见大，就以汽车为例，来提高汽车的燃油利用率。因为TRIZ理论，先分析系统，汽车是以发动机来燃烧燃油从热能转变成机械能的机械。其中分析见图。燃油发动机动力 阻力发动机得到的能量有3个出处，一部分是发动机的系统损耗，一部分作为汽车行驶的动力，一部分用来抵抗汽车行驶中的反作用力，比如空气阻力，地面摩擦力等。所有在这三个能量方向上进行TRIZ理论的改变就能提高燃油的利用率。发动机的系统损耗包括，空燃比，发动机负载率，传动比。其中主要矛盾是，一方面要求燃烧更少的燃油，一方面要

15、求更好的动力。发动机的工作过程中影响油耗的两个最根本因素是空燃比和发动机负荷率，这两个值都有一个理论上的最佳值，在实际工作过程中，空燃比和发动机负荷的实际值越接近理论值，汽车就越省油。发动机在负荷为90%、空燃比为1.05：1时燃烧效率最高。所以发动机在设计时，应该严格控制实际数值接近理论值。汽车的传动系对汽车的燃油利用率有重要影响。变速器档位越多，不但汽车换档平顺，而且使发动机增加了处于经济工况下运行的机会，有利于提高燃油利用率。因此现代汽车都是趋向于5档或以上变速器，或者采用无极变速，保证在任何条件下具有使发动机在最经济工况下工作的可能性。在速度不变的情况下，接合高速档时，传动比小发动机转

16、速低，接合低速档时，传动比大相应的发动机转速高。由发动机负荷特性可知，当发动机负荷相同时，一般是转速越低燃油消耗率越小。在一定的行驶条件下，传动系的速比越小，汽车的燃油经济性越高，因此汽车的经济行驶都在高档位。自动挡变速箱，挡位越多越省油，无级变速CVT最省油。行驶动力指发动机给予汽车的动力。其中主要矛盾是：一方面要求给予的动力尽量的大，一方面要求少烧燃油。解决的方法是，寻找替代能源。而混合动力车无疑是目前最切实可行的降低油耗手段。油电混合动力车融合电动汽车和燃油汽车的优点，较好地满足了汽车低排放、低油耗、高性价比的综合要求。阻力是现阶段最容易解决的方面。主要有：汽车行驶空气阻力，地面阻力，车

17、本身车重等等。其中主要矛盾是：一方面要求阻力尽量的小，一方面要求少烧燃油。由于现代汽车速度的增高，汽车的造型对燃油利用率也有重要影响，车速越快影响越大，这就是人们常说的“风阻”。减小空气阻力主要是通过减少汽车的迎风面积和空气阻力系数来实现，一般而言迎风面积取决于汽车的体积，空气阻力取决于车身造型。为此，汽车车身紧凑化和流线型是提高燃油利用率的途径。目前许多轿车的空气阻力系数在0.28-0.3左右，对减少燃油消耗起到很大作用。很多人认为风阻只是一个微小的技术参数，但是在实际使用中它与耗油之间的关系非常大。一般来说，车辆高速行驶中，最大的阻力就来自空气。因此风阻系数哪怕是0.01的降低油耗也会带来

18、很大的不同。轮胎作为汽车的关键承载部件之一，承受车辆负荷、向路面传递驱动力和制动力等作用。因此，轮胎也能影响汽车的燃油利用率、操纵性和安全性。胎面上的花纹是轮胎与路面直接接触的唯一部位，从表面上看起来，它的形状、排布不过是简单的直线与弧线的组合，事实上这里边蕴藏着轮胎科技的精华，直接影响着轮胎的抓地力和胎噪、滚动阻力等性能。不同类型花纹的轮胎的燃油消耗率不同，折线花纹轮胎比一般花纹要省油。节油轮胎可省油。节油轮胎比起同规格产品来说，在负载不变的情况下滚动阻力值平均降低21%至24%。由于每减少3%-5%的滚动阻力就能节约1%的燃油消耗，因此，如果一部车使用四条节油轮胎，平均可降低约5%的汽车燃

19、油量。汽车发动机是将热能转换成机械能来进行做功，其热效率很低，只有20%-40%左右，发动机中很少一部分热能转变成机械能，而大部分都会以各种方式损失掉，燃烧效率来源与燃油与空气中氧气的比例，空气中氧气的比例与燃烧效率有直接关系。新车燃油的燃烧效率只有95%左右，车辆越旧燃油的燃烧效率越低，有的只有80%左右。 因此提高汽车燃油利用率就是为资源节约型社会做贡献。首先应该了解发动机的原理。现有的汽油车和柴油车发动机，均是采用空气中的氧气作为助燃气体，空气经空气滤清器过滤后与燃油混合，经发动机进气管进入发动机，空气中的氧气与燃油迅速混合进行燃烧，使发动机运转。首先要提高燃油的利用率，先从人为可以改变

20、的因素入手。1、采用空燃比控制系统实现降低油耗汽油的燃烧有一个空燃比，城市的灰尘很大，空气滤清器是否正常工作会影响空气的流量；空气不足，汽油的燃烧就不充分，不仅达不到正常功率而且不环保。空燃比控制系统的执行部分进气端接在空气滤清器下，出气端接在化油器节气门后，是1种一定频率的占空比阀，占空比大，阀的开启时间就长，补气量就多，反之则少。比如目前长安福特新嘉年华所采用的全新1.5L和1.3L 16气门Duratec汽油发动机，其电子控制节气门技术，可根据发动机转速与负荷水平调整节气门，控制空燃比，增加补气量时间，使之在各种工况下取得性能与燃油经济性之间的最优平衡。同时,还采用配气系统可变装置(可变

21、气门升程、可变凸轮轴转角、可变进气管长度等)和稀燃技术,来达到节油目的。2、通过压缩比改善经济性目前国内的轿车发动机都是高速汽油发动机，发动机的热效率越高燃油利用率越高，也就越省油。而发动机的热效率随压缩比的增加而增加，压缩比是发动机的一个非常重要的结构参数。从动力性和经济性方面来说，压缩比应该越大越好。压缩比高，动力性好、热效率高，车辆加速性、最高车速等会相应提高，而且燃油利用率也会越高。压缩比与发动机气缸的总容与燃烧室容积有很大关系，新嘉年华的CVVT连续可变气门正时系统，在不改变发动机基本构造的前提下，通过调整进气门与排气门而改善燃烧室工作环境，获得最优化的进气，同时使燃烧更加充分，不但

22、提高了发动机低速下的稳定性和高转速下的动力性，也提高了发动机的经济性。而且还采用了EGR排气再循环系统，不仅降低了排放污染物，而且提高了动力性和燃油经济性。3、采用高强度、低重量的新材料降低重量。数据显示，车重与油耗的关系成正比，据说车重每下降10%，油耗也会相应下降若干个百分点。在发动机技术上如何降低重量呢？就是在发动机材质上下功夫。比如目前市面上，长安福特旗下的产品采用的全铝合金发动机，如蒙迪欧致胜使用的便是2.3L DURATEC全铝合金发动机，新福特嘉年华配备的发动机也是采用的全铝合金材质Duratec汽油发动机，有效的降低了自身的重量。还加快了热车速度，有利于车辆油耗的降低。另外，现

23、在炎热的夏天马上就要到了，有车的用户都会打开爱车的空调，享受车内空调带来的凉快。当然这也是需要付费的，车内空调的使用会额外消耗燃油。年轻人都喜欢自动空调，新嘉年华的自动空调设定好一定的温度后就不用经常去调了，不仅使用起来非常方便，最关键的是能够达到节油的目的。但是，在炎热的盛夏中，尤其要正确使用空调根据车主手册推荐的时间表及时更换空调滤清器，时刻保持进气口的顺畅。气温较高时，上车后最好先将车窗打开，尽量散去车内的热气，待与外界温度相当并且发动机运转正常后再打开空调。影响油耗的因素很多，除了汽车发动机以外，还与道路情况、气候、每个人的驾驶习惯密不可分。油耗因素必须结合其他因素综合考虑，才能找到成本与性能的最佳契合点，再则，可通过个人开车经验，合理安排车速和档位以达到能源利用率增加。最具挑战的就是提高发动机对燃油的转化效率。目前发动机把燃油转化为机械能的效率为40%，很大一部分能量被耗散了。因此该部分的提升空间也十分充足，而困难也在此显现。如何提高机械能的转化效率，能量守恒理论是其矛盾限制。因此只能无限接近100%提高其转化率，而不能超越。可从发动机燃烧室入手，增加燃烧室内壁的光滑度，使燃烧残留碳不能附着而可以长时间保持器高燃烧效率。再则，可在内壁上附着催化剂提高